KR102245429B1 - Manufacturing device for tube with porous layer for heat and mass transfer and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR102245429B1 KR1020200068927A KR20200068927A KR102245429B1 KR 102245429 B1 KR102245429 B1 KR 102245429B1 KR 1020200068927 A KR1020200068927 A KR 1020200068927A KR 20200068927 A KR20200068927 A KR 20200068927A KR 102245429 B1 KR102245429 B1 KR 102245429B1
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김덕종
정규영
조현민
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경상국립대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a manufacturing apparatus, which forms a superlight porous layer for heat and mass transfer on an outer wall of a tube (10) by a solution process, and a manufacturing method for the tube using the same. According to the present invention, the manufacturing apparatus for the tube with the porous layer for heat and mass transfer comprises: a chamber (40) in a bellows structure with a variable inner volume; an inlet (71) placed on an upper end of the chamber (40), into which the tube (10) and a cast (20) inserted to be inserted and engaged with the inside of the chamber (40), and into which a dispersion liquid injected between the tube (10) and the cast (20) is inserted; a sealing unit (70) which seals the inlet (71) when synthesizing the dispersion liquid into a porous layer (30) through a hydrothermal reaction; a mass measuring unit placed on one side of the chamber (40) to measure a change in the mass or a mass change value when the dispersion liquid is injected; a volume calculation unit placed on one side of the chamber (40) to use the mass change value measured by the mass measuring unit or inputted, and to calculate a volume change value of the chamber (40) needed for a hydrothermal reaction of the dispersion liquid; a linear driver (60) which induces an increase/decrease in the volume of the chamber (40) in accordance with the volume change value calculated by the volume calculation unit; a heater (51) placed to cover an outer side of the chamber (40) to increase/decrease the temperature needed for the hydrothermal reaction; and an insulator (50) placed to cover the outer side of the chamber (40) to maintain the proper temperature needed for the hydrothermal reaction.

Description

열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치 및 이를 이용한 관 제작 방법{MANUFACTURING DEVICE FOR TUBE WITH POROUS LAYER FOR HEAT AND MASS TRANSFER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}A tube manufacturing device equipped with a porous layer for heat and mass transfer, and a tube manufacturing method using the same {MANUFACTURING DEVICE FOR TUBE WITH POROUS LAYER FOR HEAT AND MASS TRANSFER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 열전도도 및 비표면적이 우수한 초경량의 다공성층을 용액 공정으로 관 외벽에 형성하는 제작 장치 및 이를 이용한 관 제작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a manufacturing apparatus for forming an ultra-lightweight porous layer excellent in thermal conductivity and specific surface area on an outer wall of a tube by a solution process, and a tube manufacturing method using the same.

일반적으로 휜 관(fin-tube) 열교환기는 냉매가 흐르는 2열 이상의 관과 상기 관에 수직으로 교차하도록 배열되는 다수의 휜으로 구성되어 관 내부를 흐르는 냉매와 복수의 휜 사이를 통과하는 외부 공기간의 열교환 작용을 통해 열을 방열하거나 흡열한다. In general, a fin-tube heat exchanger is composed of two or more rows of pipes through which refrigerant flows and a plurality of fins arranged perpendicularly to the pipes, and between the refrigerant flowing inside the pipe and the external air passing between the plurality of fins. Heat is radiated or absorbed through heat exchange.

종래 열교환기에서 널리 사용되는 휜 관은 제작 상 어려움과 비용 문제로 인해 시중에서 구할 수 있는 관 직경 등의 규격이 매우 제한적이고 이로 인해 운전 조건 및 시스템 요구 사항에 맞춰 휜 관의 형상을 자유롭게 조정하기 어려운 문제점이 있었다. Conventional finned pipes widely used in heat exchangers have very limited specifications such as commercially available pipe diameters due to manufacturing difficulties and cost issues, and therefore, the shape of the finned pipes can be freely adjusted according to operating conditions and system requirements. There was a difficult problem.

또한, 물질 전달을 위해서는 휜 표면에 물질 전달 소재를 코팅하거나 휜 사이 공간에 물질 전달 소재를 채워 넣게 되는데, 전자의 경우 물질 전달이 휜 표면에 국한되어 용량이 크게 제한되고 후자는 용량이 우수하나 물질 전달 소재가 휜 주위의 열유동에 영향을 주어 휜이 당초 설계된 성능을 내지 못하고 물질 전달 소재와 휜 간의 열전달이 원활하지 않아 열에 의해 물질 전달을 제어하는데 어려움이 있었다. In addition, for mass transfer, a mass transfer material is coated on the fin surface or a mass transfer material is filled in the space between the fins.In the former case, the mass transfer is limited to the curved surface, so the capacity is greatly limited, and the latter has excellent capacity, but the material Because the transfer material affects the heat flow around the fin, the fin does not achieve the originally designed performance, and the heat transfer between the mass transfer material and the fin is not smooth, so it is difficult to control mass transfer by heat.

따라서 상기 문제를 해결하고자 열전도도 및 비표면적이 우수한 초경량의 다공성층을 용액 공정으로 관 외벽에 형성하여 기존 휜 관을 대체하고자 한다. Therefore, in order to solve the above problem, an ultra-lightweight porous layer having excellent thermal conductivity and specific surface area is formed on the outer wall of the tube by a solution process to replace the existing finned tube.

한국공개특허 제10-2011-0078520호Korean Patent Publication No. 10-2011-0078520

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 초경량의 다공성층을 용액 공정으로 관 외벽에 형성하여 열전도도 및 비표면적이 우수한 관을 용이하게 제조하는 것이다. The present invention has been conceived to solve the above problems, and an object of the present invention is to easily manufacture a tube having excellent thermal conductivity and specific surface area by forming an ultra-lightweight porous layer on the outer wall of a tube by a solution process.

발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be solved by the invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. I will be able to.

본 발명에 따른 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치는, Tube manufacturing apparatus provided with a porous layer for heat and mass transfer according to the present invention,

벨로우즈(bellows) 구조로 마련되어 내부 부피가 가변되는 챔버(40);A chamber 40 provided in a bellows structure and having a variable internal volume;

상기 챔버(40)의 상단에 마련되며, 상기 챔버(40) 내부에 끼움 결합되는 관(10)과 주형(20)이 삽입되고, 상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 주입되는 분산액을 삽입하는 주입구(71);A dispersion liquid provided at the upper end of the chamber 40 and inserted into the space between the tube 10 and the mold 20 into which the tube 10 and the mold 20 are inserted into the chamber 40 Inlet 71 for inserting;

상기 분산액을 수열 반응을 통해 다공성층(30)으로 합성 시 상기 주입구(71)를 밀폐하는 밀폐부(70);A sealing portion 70 for sealing the injection port 71 when the dispersion is synthesized into the porous layer 30 through a hydrothermal reaction;

상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 분산액의 주입 시 질량변화를 측정하거나 질량변화값을 입력하도록 마련된 질량측정부;A mass measuring unit provided on one side of the chamber 40 and configured to measure a mass change or input a mass change value when the dispersion is injected;

상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 질량측정부에 의해 측정되거나 입력된 질량변화값을 이용하여 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출하는 부피산출부;A volume calculation unit provided on one side of the chamber 40 and calculating a volume change value of the chamber 40 required for hydrothermal reaction of the dispersion liquid by using a mass change value measured or input by the mass measurement unit;

상기 부피산출부에 의해 산출된 부피변화값에 따라 상기 챔버(40)의 부피 증감을 유도하는 선형구동기(60);A linear actuator 60 for inducing an increase or decrease in the volume of the chamber 40 according to the volume change value calculated by the volume calculation unit;

상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 온도를 증감시키는 히터(51);A heater 51 provided to surround the outside of the chamber 40 to increase or decrease a temperature required for the hydrothermal reaction;

상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 적정 온도를 유지하는 단열재(50);를 포함하는 것을 특징으로 한다. It characterized in that it includes; provided to surround the outside of the chamber 40 to maintain an appropriate temperature required for the hydrothermal reaction.

또한, 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법은,In addition, the tube manufacturing method using the porous layer manufacturing device for heat and mass transfer,

관(10)과 주형(20)을 결합한 후, 챔버(40) 내에 마련된 관삽입부(11)에 상기 주형(20)에 결합된 관(10)을 결합하는 제1단계;After coupling the tube 10 and the mold 20, a first step of coupling the tube 10 coupled to the mold 20 to the tube insertion portion 11 provided in the chamber 40;

상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 분산액을 주입 후, 밀폐부(70)를 상기 챔버(40)와 결합하여 상기 챔버(40)를 밀폐하는 제2단계;A second step of injecting a dispersion liquid into the space between the tube 10 and the mold 20, and then sealing the chamber 40 by combining the sealing portion 70 with the chamber 40;

상기 챔버(40) 일측에 마련된 질량측정부가 상기 주입된 분산액의 질량변화를 감지하거나 사용자에 의해 상기 주입된 분산액의 질량변화값을 입력하는 제3단계;A third step of sensing a mass change of the injected dispersion by a mass measurement unit provided at one side of the chamber 40 or inputting a mass change value of the injected dispersion by a user;

상기 제3단계에서 감지되거나 입력된 질량변화값을 이용하여 상기 챔버(40) 일측에 마련된 부피산출부가 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출하는 제4단계;A fourth step of calculating a volume change value of the chamber 40 required for hydrothermal reaction of the dispersion liquid by a volume calculation unit provided at one side of the chamber 40 using the mass change value detected or input in the third step;

상기 부피산출부에 의해 산출된 상기 챔버(40)의 부피변화값을 이용하여 부피조절부가 선형구동기(60)의 크기를 조절하면, 상기 선형구동기(60)에 의해 상기 챔버(40)의 벨로우즈구조가 변형되어 상기 챔버(40)의 부피를 조절하는 제5단계;When the volume control unit adjusts the size of the linear actuator 60 using the volume change value of the chamber 40 calculated by the volume calculation unit, the bellows structure of the chamber 40 by the linear actuator 60 A fifth step of adjusting the volume of the chamber 40 by being deformed;

상기 챔버(40) 외부에 마련된 히터(51) 및 단열재(50)를 이용하여 상기 분산액을 수열반응하여 다공성층(30)을 합성하는 제6단계;A sixth step of synthesizing the porous layer 30 by hydrothermal reaction of the dispersion using the heater 51 and the heat insulating material 50 provided outside the chamber 40;

상기 밀폐부(70)를 제거한 뒤 상기 주형(20)을 제거하여 상기 다공성층(30)을 세척하는 제7단계;A seventh step of cleaning the porous layer 30 by removing the mold 20 after removing the sealing part 70;

탈이온수(Deionized water)에 흡착제를 녹여 상기 다공성층(30) 표면에 함침시키는 제8단계; 및An eighth step of dissolving an adsorbent in deionized water and impregnating the surface of the porous layer 30; And

상기 함침된 다공성층(30)을 건조하여 상기 다공성층(30)에 상기 흡착제를 결합시키는 제9단계;에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다. It characterized in that it is manufactured by a ninth step of drying the impregnated porous layer 30 and bonding the adsorbent to the porous layer 30.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 높은 열전도도를 통해 다공성층 표면과 관 내 유체간의 열전달을 원활하게 하고, 큰 비표면적을 통해 물질 전달 또한 극대화 할 수 있는 초경량 다공성층을 용액 공정으로 용이하게 관 벽에 형성할 수 있다. By means of solving the above problems, the present invention facilitates heat transfer between the surface of the porous layer and the fluid in the tube through high thermal conductivity, and an ultra-lightweight porous layer capable of maximizing material transfer through a large specific surface area through a solution process. Can be formed on the wall of the tube.

또한, 본 발명은 열교환기 및 반응기에 있어 핵심적인 열전달이 가능하여 초경량 및 유연한 설계 등이 요구되는 분야에 사용할 수 있다. In addition, the present invention can be used in fields requiring ultra-lightweight and flexible design, since it is possible to transfer heat as a core heat exchanger and reactor.

또한, 본 발명은 다공성층이 구비되는 관 제작 장치 내 필요한 챔버 부피 변화를 산출할 수 있는 부피산출부가 마련되어 특정 온도 조건에서 용이하게 챔버의 부피를 조절할 수 있다. In addition, according to the present invention, a volume calculation unit capable of calculating a required chamber volume change in a tube manufacturing apparatus having a porous layer is provided, so that the volume of the chamber can be easily adjusted under a specific temperature condition.

또한, 다공성층이 구비되는 관 제조를 위해서는 주입하는 분산액을 다공성층으로 합성할 때 고온 및 고압의 수열합성을 진행해야 하는데, 본 발명은 수열합성 시 챔버를 밀폐하는 밀폐부가 마련되고 질량측정부 및 부피산출부가 마련되어 분산액의 포화 증기-액 상태에서 효과적으로 공정이 진행되고 안정적인 온도 및 압력을 유지할 수 있다. In addition, in order to manufacture a tube having a porous layer, high temperature and high pressure hydrothermal synthesis must be performed when the dispersion to be injected is synthesized into a porous layer. A volume calculation unit is provided so that the process can be effectively carried out in the saturated vapor-liquid state of the dispersion and stable temperature and pressure can be maintained.

도 1은 본 발명의 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치를 나타내는 구조도이다.
도 2는 본 발명의 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 2의 순서도에서 분산액이 제조되는 과정을 추가하여 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 2의 순서도에서 흡착제가 함침되는 과정 및 흡착제가 함침된 다공성층(30)을 건조하는 과정을 추가하여 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명인 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 방법에서 관(10)에 주형(20)을 제거하여 다공성층(30)이 결합되는 형태를 단계별로 나타낸 그림이다.
도 6은 [비교예 1]의 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 7은 [비교예 2]의 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 8은 [실시예]의 실험 결과를 나타낸 사진이다.
1 is a structural diagram showing a tube manufacturing apparatus provided with a porous layer for heat and mass transfer of the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing a method of manufacturing a tube provided with a porous layer for heat and mass transfer of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a process of preparing a dispersion in the flowchart of FIG. 2 added.
4 is a flowchart showing a process of impregnating the adsorbent and drying the porous layer 30 impregnated with the adsorbent in the flowchart of FIG. 2.
5 is a diagram showing the form in which the porous layer 30 is bonded by removing the mold 20 from the tube 10 in the method of manufacturing a tube provided with a porous layer for heat and mass transfer according to the present invention.
6 is a photograph showing the experimental results of [Comparative Example 1].
7 is a photograph showing the experimental results of [Comparative Example 2].
8 is a photograph showing the experimental results of [Example].

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in the present specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.Terms used in the present invention have selected general terms that are currently widely used as possible while taking functions of the present invention into consideration, but this may vary according to the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.When a part of the specification is said to “include” a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific matters including the problems to be solved, means for solving the problems, and effects of the present invention are included in the embodiments and drawings to be described below. Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명인 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치는 챔버(40), 주입구(71), 밀폐부(70), 질량측정부, 부피산출부, 선형구동기(60), 히터(51) 및 단열재(50)로 구성된다. As shown in Figure 1, the inventors of the tube manufacturing apparatus provided with a porous layer for heat and mass transfer is a chamber 40, an injection port 71, a sealing part 70, a mass measurement part, a volume calculation part, a linear actuator. It consists of 60, a heater 51, and a heat insulating material 50.

먼저, 상기 챔버(40)는 벨로우즈(bellows) 구조로 마련되어 내부 부피가 가변되도록 마련된다. First, the chamber 40 is provided in a bellows structure so that the internal volume is variable.

본 발명에서 분산액을 다공성층(30)으로 합성하기 위해서는 고온 및 고압의 수열합성을 진행해야 하는데, 본 발명은 온도 및 압력을 안정적으로 유지하기 위해 상기 분산액에 포함된 용매의 포화 증기-액 상태에서 공정이 진행되도록 마련된다. 종래는 압력을 안정적으로 유지하기 위해 사용자가 투입하는 용액의 양을 직접 조절하고 있으나, 본 발명에서는 사용자의 입력이나 감지된 질량변화값에 의해 상기 챔버(40)의 적정 부피를 계산하고 그에 맞게 상기 챔버(40)의 내부 부피가 용이하게 조절될 수 있도록, 도 1에 나타난 바와 같이, 벨로우즈(bellows) 구조로 마련된다. In the present invention, in order to synthesize the dispersion into the porous layer 30, hydrothermal synthesis at high temperature and high pressure must be performed.In the present invention, in order to stably maintain the temperature and pressure, the solvent contained in the dispersion is saturated vapor-liquid state. It is arranged so that the process proceeds. Conventionally, the amount of solution the user inputs is directly adjusted to maintain the pressure stably, but in the present invention, the appropriate volume of the chamber 40 is calculated according to the user's input or detected mass change value, and the As shown in FIG. 1, it is provided in a bellows structure so that the internal volume of the chamber 40 can be easily adjusted.

한편, 상기 챔버(40) 내부 일측에는 상기 챔버(40)에 삽입되는 관(10)을 고정하는 관삽입부(11)가 더 마련될 수 있다. 즉, 상기 관(10)은 상기 주형(20)에 마련된 홀에 상기 관(10)을 끼워 결합하고 상기 홀은 오링(o-ring) 처리가 되어 있어 실링 및 결합이 용이하다. 보다 구체적으로, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 관(10) 외주면과 주형(20) 사이의 공간이 유지될 수 있도록 결합되므로, 상기 관(10)이 상기 주형(20) 중앙 홀에 상기 관(10)을 끼워 결합한 후 오링(o-ring)으로 결합한 후 상기 주형(20)결합된 관(10)을 상기 관삽입부(11)에 끼워 결합한다. 상기 관삽입부(11)는 상기 관(10)의 직경에 맞게 중심에서 대칭되어 제1관삽입부(11a) 및 제2관삽입부(11b)로 마련되는 것이 바람직하다. Meanwhile, a tube insertion part 11 for fixing the tube 10 inserted into the chamber 40 may be further provided at one side inside the chamber 40. That is, the tube 10 is coupled by inserting the tube 10 into the hole provided in the mold 20, and the hole is O-ring, so sealing and bonding are easy. More specifically, as shown in Fig. 1, since the tube 10 is coupled to maintain a space between the outer circumferential surface of the tube 10 and the mold 20, the tube 10 is in the center hole of the mold 20 10) is inserted and combined, and then the tube 10 is inserted into the tube insertion part 11 after bonding with an o-ring. The tube insertion portion 11 is preferably provided with a first tube insertion portion 11a and a second tube insertion portion 11b by being symmetrical at the center to match the diameter of the tube 10.

다음으로, 상기 주입구(71)는 상기 챔버(40)의 상단에 마련되며, 상기 챔버(40) 내부에 끼움 결합되는 관(10)과 주형(20)이 삽입되고, 상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 주입되는 분산액을 삽입한다. 상기 주입구(71)는 상기 밀폐부(70)와 결합되면 상기 챔버(40)를 밀폐하게 된다. Next, the injection hole 71 is provided at the upper end of the chamber 40, the tube 10 and the mold 20 fitted into the chamber 40 are inserted, and the tube 10 and the mold (20) Insert the dispersion to be injected into the space between. When the injection port 71 is coupled to the sealing portion 70, the chamber 40 is sealed.

한편, 상기 분산액은 PVP(Polyvinyl pyrrolidone), GNP(Graphene nanoplate) 및 탈이온수(Deionized water)를 혼합한 GNP혼합액에, 수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 GNP혼합액과 혼합하여 제조된다. 다만, 상기 GNP(Graphene nanoplate) 및 GO(Graphene oxide) 대신 탄소나노튜브나 질화붕소나노튜브 및 질화붕소나노시트를 포함하는 다른 열전도성 나노소재는 변경 또는 추가하여 사용할 수 있다. On the other hand, the dispersion is a GNP mixture obtained by mixing PVP (Polyvinyl pyrrolidone), GNP (Graphene nanoplate), and deionized water, potassium hydroxide (KOH) and GO (Graphene oxide) solution, and then the GNP mixture and It is prepared by mixing. However, instead of the GNP (Graphene nanoplate) and GO (Graphene oxide), other thermally conductive nanomaterials including carbon nanotubes, boron nitride nanotubes, and boron nitride nanosheets may be changed or added to be used.

상기 PVP(Polyvinyl pyrrolidone)는 환원제로 많이 사용된다. The PVP (Polyvinyl pyrrolidone) is widely used as a reducing agent.

상기 GNP(Graphene nanoplatelet)는 흑연으로부터 박리된 2차원 탄소 나노소재이다. The GNP (Graphene nanoplatelet) is a two-dimensional carbon nanomaterial exfoliated from graphite.

상기 탈이온수(Deionized water)는 초순수 증류수 혹은 3차 증류수 양이온 또는 염기성 이온교환수지를 통해 이온을 최대한 제거해준 순수한 물을 말한다. The deionized water refers to pure water in which ions are removed as much as possible through ultrapure distilled water or tertiary distilled water cation or basic ion exchange resin.

상기 수산화칼륨(KOH)는 탄소 물질 내 다공성 구조를 만드는데 도움을 준다.The potassium hydroxide (KOH) helps to create a porous structure in the carbon material.

상기 GO(Graphene oxide) 용액은 그라핀(Graphene) 표면에 산소를 포함하는 기능기들이 붙어 있어 이로 인해 수계 분산성이 우수하다. The GO (Graphene Oxide) solution has excellent water-based dispersibility because functional groups including oxygen are attached to the surface of graphene.

상기 GNP혼합액에 상기 수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 GNP혼합액과 혼합하여 상기 분산액을 제조한다. 이때, 상기 GO(Graphene oxide)용액 1중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10중량부 미만으로 혼합하는 경우에만 수열합성에 의해 구조물이 만들어지므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. After mixing the potassium hydroxide (KOH) and GO (Graphene oxide) solution in the GNP mixture, the dispersion is prepared by mixing with the GNP mixture. At this time, the structure is formed by hydrothermal synthesis only when less than 10 parts by weight of the GNP mixture is mixed with respect to 1 part by weight of the GO (Graphene Oxide) solution, so it is preferable to perform it under the above conditions.

다음으로, 상기 밀폐부(70)는 상기 분산액을 수열 반응을 통해 다공성층(30)으로 합성하기 위해 상기 주입구(71)를 밀폐한다. Next, the sealing part 70 seals the injection port 71 in order to synthesize the dispersion into the porous layer 30 through a hydrothermal reaction.

상기 분산액을 다공성층(30)으로 합성하기 위해서는 고온 및 고압의 수열합성을 진행해야 하는데, 본 발명에서 온도 및 압력을 안정적으로 유지하기 위해 상기 분산액에 포함된 용매의 포화 증기-액 상태에서 공정이 진행되도록 하고 있고, 핵심은 수열합성이 이뤄지는 상기 챔버(40)를 밀폐하여 상기 챔버(40)에 들어가는 용매의 질량과 상기 챔버(40) 내 부피가 적정 범위에 들어가도록 조절하는 것이다. In order to synthesize the dispersion into the porous layer 30, hydrothermal synthesis at high temperature and high pressure must be performed. In the present invention, in order to stably maintain the temperature and pressure, the process is performed in a saturated vapor-liquid state of the solvent contained in the dispersion. The key is to control the mass of the solvent entering the chamber 40 and the volume of the chamber 40 to fall within an appropriate range by sealing the chamber 40 in which hydrothermal synthesis is performed.

다음으로, 상기 질량측정부는 상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 분산액의 주입 시 질량변화를 측정하거나 질량변화값을 입력하도록 마련된다. Next, the mass measurement unit is provided on one side of the chamber 40 and is provided to measure a mass change or input a mass change value when the dispersion is injected.

종래의 경우 상기 분산액의 주입에 따른 질량변화 조절을 사용자에 의해 조절하므로 상기 챔버(40)의 부피가 적정 범위 내에 포함되어 다공성층(30)을 용이하게 제조하기 힘든 구조였다. In the conventional case, since the control of the mass change according to the injection of the dispersion is controlled by the user, the volume of the chamber 40 is contained within an appropriate range, so that it is difficult to manufacture the porous layer 30 easily.

따라서 본 발명은 사용자가 설정하는 공정 온도와 투입되는 분산액에 대해, 상기 질량측정부에 의해 질량변화를 측정하거나 사용자의 입력에 의해 계산될 수 있도록 마련된다. Accordingly, the present invention is provided to measure the mass change by the mass measuring unit or to calculate it by the user's input for the process temperature set by the user and the injected dispersion.

다음으로, 상기 부피산출부는 상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 질량측정부에 의해 측정되거나 입력된 질량변화값을 이용하여 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출한다. Next, the volume calculation unit is provided on one side of the chamber 40, and the volume change value of the chamber 40 required for hydrothermal reaction of the dispersion is calculated using the mass change value measured or input by the mass measurement unit. Calculate.

상기 부피산출부는 [수학식 1]에 의해 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출한다. The volume calculation unit calculates the volume change value of the chamber 40 by [Equation 1].

Figure 112020058574432-pat00001
Figure 112020058574432-pat00001

(여기서, Vc는 챔버(40)의 부피값, m는 주입되는 분산액의 질량, vg는 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기 비체적).(Where, V c is the volume value of the chamber 40, m is the mass of the injected dispersion, and v g is the specific volume of saturated vapor corresponding to the set process temperature).

상기 수열합성에 필요한 압력을 안정적으로 유지할 수 있는 상기 챔버(40)의 필요한 부피(Vc)는 투입되는 상기 분산액의 질량(m)과 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기의 비체적(vg)간 곱 이하가 되어야 한다. The required volume (V c ) of the chamber 40 capable of stably maintaining the pressure required for the hydrothermal synthesis is the mass (m) of the dispersion liquid and the specific volume of saturated steam corresponding to the set process temperature (v g ) It should be less than the product of liver.

상기 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기의 비체적(vg)은 투입되는 용매의 종류에 따라 본 발명인 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치의 데이터베이스에 저장되어 있거나, 상기 데이터베이스가 내장된 시스템과 결합하여 연동될 수 있도록 마련되는 것이 바람직하다. The specific volume (v g ) of the saturated steam corresponding to the set process temperature is stored in the database of the pipe manufacturing apparatus provided with a porous layer for heat and mass transfer according to the present invention, depending on the type of solvent to be introduced, or the database is It is desirable to be provided so as to be interlocked with the built-in system.

상기 [수학식 1]에 의해 계산된 챔버(40)의 부피변화값(Vc)에 의해 상기 챔버(40)의 벨로우즈(bellows)가 변형되어 상기 챔버(40)의 부피가 변화된다.The bellows of the chamber 40 are deformed by the volume change value V c of the chamber 40 calculated by [Equation 1], so that the volume of the chamber 40 is changed.

한편, 상기 챔버(40)에 주입되는 분산액과 상기 챔버(40)의 부피비는 상기 탈이온수(Deionized water) 160℃를 기준으로 1:307(분산액:챔버(40)) 이상인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 상기 분산액과 상기 챔버(40)의 부피비 1:307(분산액:챔버(40))의 조건은 본 발명과 같이 상기 챔버(40)의 온도만 제어하는 경우에 유효하다. 다시 말해, 상기 분산액과 상기 챔버(40)의 부피비 조건에서는 내부 압력을 고압까지 조절할 수 있는 챔버(40)에 비해 온도만 제어하는 챔버(40)를 이용하여 보다 저렴한 비용으로도 용이하게 수열합성을 진행할 수 있도록 제안된 조건이다. 상기 부피비 범위에서는 주어진 온도 조건에서 상기 분산액 내 용매(탈이온수)가 포화 증기-액 혼합물 상태가 되면서 압력이 상기 용매(탈이온수)의 포화 압력까지 증가하고 유지되어 안정적인 반응이 이뤄지도록 한다. On the other hand, the volume ratio of the dispersion liquid injected into the chamber 40 and the chamber 40 is preferably 1:307 (dispersion: chamber 40) or more based on 160° C. of the deionized water. More specifically, the condition of the volume ratio of the dispersion to the chamber 40 is 1:307 (dispersion: chamber 40) is effective when only the temperature of the chamber 40 is controlled as in the present invention. In other words, under the condition of the volume ratio between the dispersion and the chamber 40, hydrothermal synthesis is easily performed at a lower cost by using the chamber 40 that only controls the temperature compared to the chamber 40 that can control the internal pressure to high pressure. It is a suggested condition to proceed. In the volume ratio range, as the solvent (deionized water) in the dispersion becomes a saturated vapor-liquid mixture under a given temperature condition, the pressure increases and maintains up to the saturation pressure of the solvent (deionized water) to achieve a stable reaction.

반면, 상기 조건의 부피비보다 더 적게 상기 분산액을 넣게 되면 주어진 온도 조건에서 상기 분산액 내 용매(탈이온수)가 과열 증기 상태가 되어 필요한 만큼의 고압에 도달하지 못하게 된다. On the other hand, if the dispersion is put in less than the volume ratio of the above conditions, the solvent (deionized water) in the dispersion becomes superheated vapor under a given temperature condition, and thus it is impossible to reach a high pressure as needed.

다음으로. 상기 선형구동기(60)은 상기 부피산출부에 의해 산출된 부피변화값에 따라 상기 챔버(40)의 부피 증감을 유도한다. to the next. The linear actuator 60 induces an increase or decrease in the volume of the chamber 40 according to the volume change value calculated by the volume calculation unit.

보다 구체적으로, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 챔버(40)의 부피 조절을 위해 벨로우즈(bellows) 구조를 상기 챔버(40)에 적용하고 상단에 상기 주입구(71) 및 밀폐부(70)가 마련되고, 상기 밀폐부(70)에 연결되어 선형적으로 이동하며 상기 챔버(40) 부피를 조절하도록 선형구동기(60)이 마련된다. 또한, 상기 선형구동기(60)은 선형 모터 장치와 연결되어 있어 상기 선형구동기(60)에 동력을 제공한다. More specifically, as shown in FIG. 1, a bellows structure is applied to the chamber 40 to control the volume of the chamber 40, and the injection port 71 and the sealing portion 70 are provided at the top. And, a linear actuator 60 is provided to adjust the volume of the chamber 40 by being connected to the sealing part 70 and moving linearly. In addition, the linear actuator 60 is connected to a linear motor device to provide power to the linear actuator 60.

다음으로, 상기 히터(51)는 상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 온도를 증감한다. Next, the heater 51 is provided to surround the outside of the chamber 40 to increase or decrease the temperature required for the hydrothermal reaction.

다음으로, 상기 단열재(50)는 상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 적정 온도를 유지한다. Next, the heat insulating material 50 is provided to surround the outside of the chamber 40 to maintain an appropriate temperature required for the hydrothermal reaction.

본 발명인 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법은, 도 2에 나타난 바와 같이, 아래 단계에 의해 실시된다. The method for manufacturing a tube using the apparatus for manufacturing a porous layer for heat and mass transfer according to the present invention is carried out by the following steps, as shown in FIG. 2.

먼저, 제1단계(S10)는 관(10)과 주형(20)을 결합한 후, 챔버(40) 내에 마련된 관삽입부(11)에 상기 주형(20)에 결합된 관(10)을 결합한다. 즉, 상기 관(10)은 상기 주형(20)에 마련된 홀에 상기 관(10)을 끼워 결합하고 상기 홀은 오링(o-ring) 처리가 되어 있어 실링 및 결합이 용이하다. 보다 구체적으로, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 관(10) 외주면과 주형(20) 사이의 공간이 유지될 수 있도록 결합되므로, 상기 관(10)이 상기 주형(20) 중앙 홀에 상기 관(10)을 끼워 결합한 후 오링(o-ring)으로 결합한 후 상기 주형(20)결합된 관(10)을 상기 관삽입부(11)에 끼워 결합한다. 상기 관삽입부(11)는 상기 관(10)의 직경에 맞게 중심에서 대칭되어 제1관삽입부(11a) 및 제2관삽입부(11b)로 마련되는 것이 바람직하다. First, in the first step (S10), the tube 10 and the mold 20 are combined, and then the tube 10 coupled to the mold 20 is combined with the tube insertion part 11 provided in the chamber 40. . That is, the tube 10 is coupled by inserting the tube 10 into the hole provided in the mold 20, and the hole is O-ring, so sealing and bonding are easy. More specifically, as shown in Fig. 1, since the tube 10 is coupled to maintain a space between the outer circumferential surface of the tube 10 and the mold 20, the tube 10 is in the center hole of the mold 20 10) is inserted and combined, and then the tube 10 is inserted into the tube insertion part 11 after bonding with an o-ring. The tube insertion portion 11 is preferably provided with a first tube insertion portion 11a and a second tube insertion portion 11b by being symmetrical at the center to match the diameter of the tube 10.

다음으로, 제2단계(S20)는 상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 분산액을 주입 후, 밀폐부(70)를 상기 챔버(40)와 결합하여 상기 챔버(40)를 밀폐한다. Next, in the second step (S20), after injecting the dispersion into the space between the tube 10 and the mold 20, the sealing part 70 is combined with the chamber 40 to seal the chamber 40. .

상기 분산액은 PVP(Polyvinyl pyrrolidone), GNP(Graphene nanoplate) 및 탈이온수(Deionized water)를 혼합한 GNP혼합액에, 수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 GNP혼합액과 혼합한다. 다만, 상기 GNP(Graphene nanoplate) 및 GO(Graphene oxide) 대신 탄소나노튜브나 질화붕소나노튜브 및 질화붕소나노시트를 포함하는 다른 열전도성 나노소재는 변경 또는 추가하여 사용할 수 있다. The dispersion is a GNP mixture in which PVP (Polyvinyl pyrrolidone), GNP (Graphene nanoplate) and deionized water are mixed, potassium hydroxide (KOH) and GO (Graphene oxide) solution are mixed and then mixed with the GNP mixture. . However, instead of the GNP (Graphene nanoplate) and GO (Graphene oxide), other thermally conductive nanomaterials including carbon nanotubes, boron nitride nanotubes, and boron nitride nanosheets may be changed or added to be used.

보다 구체적으로, 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 분산액은 아래 단계에 의해 제조된다. More specifically, as shown in Fig. 3, the dispersion is prepared by the following steps.

먼저, 제2-1단계(S21)는 PVP(Polyvinyl pyrrolidone), GNP(Graphene nanoplate) 및 탈이온수(Deionized water)를 혼합하여 초음파 처리기(ultra sonication)로 분산하여 GNP혼합액을 제조한다. First, in step 2-1 (S21), polyvinyl pyrrolidone (PVP), graphene nanoplate (GNP), and deionized water are mixed and dispersed with an ultra sonication to prepare a GNP mixture.

상기 PVP(Polyvinyl pyrrolidone)는 환원제로 많이 사용된다. The PVP (Polyvinyl pyrrolidone) is widely used as a reducing agent.

상기 GNP(Graphene nanoplatelet)는 흑연으로부터 박리된 2차원 탄소 나노소재이다. The GNP (Graphene nanoplatelet) is a two-dimensional carbon nanomaterial exfoliated from graphite.

상기 탈이온수(Deionized water)는 초순수 증류수 혹은 3차 증류주소 양이온 또는 염기성 이온교환수지를 통해 이온을 최대한 제거해준 순수한 물을 말한다. The deionized water refers to pure water from which ions are removed as much as possible through ultrapure distilled water or tertiary distillation cation or basic ion exchange resin.

다음으로, 제2-2단계(S22)는 수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 분산하여 제조된 GNP혼합액과 혼합한 후 균질기(homogenizer)로 분산시켜 분산액을 제조한다. Next, step 2-2 (S22) is to prepare a dispersion by mixing potassium hydroxide (KOH) and GO (Graphene oxide) solution, mixing with the GNP mixture prepared by dispersing, and dispersing with a homogenizer. do.

상기 수산화칼륨(KOH)는 탄소 물질 내 다공성 구조를 만드는데 도움을 준다.The potassium hydroxide (KOH) helps to create a porous structure in the carbon material.

상기 GO(Graphene oxide) 용액은 그라핀(Graphene) 표면에 산소를 포함하는 기능기들이 붙어 있어 이로 인해 수계 분산성이 우수하다. The GO (Graphene Oxide) solution has excellent water-based dispersibility because functional groups including oxygen are attached to the surface of graphene.

앞서 기술된 바와 같이, 상기 분산액은 상기 GO(Graphene oxide)용액 1중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10중량부 미만으로 혼합하는 경우에만 수열합성에 의해 구조물이 만들어지므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. As described above, the dispersion is preferably carried out under the above conditions because the structure is formed by hydrothermal synthesis only when less than 10 parts by weight of the GNP mixture is mixed with respect to 1 part by weight of the GO (Graphene Oxide) solution.

제조된 상기 분산액을 다공성층(30)으로 합성하기 위해서는 고온 및 고압의 수열합성을 진행해야 하는데, 본 발명에서 온도 및 압력을 안정적으로 유지하기 위해 상기 분산액에 포함된 용매의 포화 증기-액 상태에서 공정이 진행되도록 하고 있고, 핵심은 수열합성이 이뤄지는 상기 챔버(40)를 밀폐하여 상기 챔버(40)에 들어가는 용매의 질량과 상기 챔버(40) 내 부피가 적정 범위에 들어가도록 조절한다. In order to synthesize the prepared dispersion into the porous layer 30, hydrothermal synthesis at high temperature and high pressure must be performed.In the present invention, in order to stably maintain the temperature and pressure, in the saturated vapor-liquid state of the solvent contained in the dispersion The process is allowed to proceed, and the key is to seal the chamber 40 in which hydrothermal synthesis is performed, so that the mass of the solvent entering the chamber 40 and the volume in the chamber 40 are adjusted to fall within an appropriate range.

다음으로, 제3단계(S30)는 상기 챔버(40) 일측에 마련된 질량측정부가 상기 주입된 분산액의 질량변화를 감지하거나 사용자에 의해 상기 주입된 분산액의 질량변화값을 입력한다. Next, in the third step (S30), a mass measurement unit provided at one side of the chamber 40 detects a mass change of the injected dispersion or inputs a mass change value of the injected dispersion by a user.

종래의 경우 상기 분산액의 주입에 따른 질량변화 조절을 사용자에 의해 조절하므로 상기 챔버의 부피가 적정 범위에 내에 포함되어 다공성층(30)을 용이하게 제조하기 힘든 구조였다. In the conventional case, since the control of the mass change according to the injection of the dispersion is controlled by the user, the volume of the chamber is within an appropriate range, so that it is difficult to manufacture the porous layer 30 easily.

따라서 본 발명은 사용자가 설정하는 공정 온도와 투입되는 분산액에 대해, 상기 질량측정부에 의해 질량변화를 측정하거나 사용자의 입력에 의해 계산될 수 있도록 마련된다. Accordingly, the present invention is provided to measure the mass change by the mass measuring unit or to calculate it by the user's input for the process temperature set by the user and the injected dispersion.

다음으로, 제4단계(S40)는 상기 제3단계(S30)에서 감지되거나 입력된 질량변화값을 이용하여, 상기 챔버(40) 일측에 마련된 부피산출부가 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출한다. Next, the fourth step (S40) uses the mass change value detected or input in the third step (S30), and the volume calculation part provided at one side of the chamber 40 is the chamber ( Calculate the volume change value of 40).

상기 부피산출부는 [수학식 1]에 의해 상기 챔버(40)의 적정부피값을 산출한다. The volume calculation unit calculates an appropriate volume value of the chamber 40 by [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020058574432-pat00002
Figure 112020058574432-pat00002

(여기서, Vc는 챔버(40)의 부피값, m는 주입되는 분산액의 질량, vg는 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기 비체적).(Where, V c is the volume value of the chamber 40, m is the mass of the injected dispersion, and v g is the specific volume of saturated vapor corresponding to the set process temperature).

상기 수열합성에 필요한 압력을 안정적으로 유지할 수 있는 상기 챔버(40)의 필요한 부피(Vc)는 투입되는 상기 분산액의 질량(m)과 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기의 비체적(vg)간 곱 이하가 되어야 한다. The required volume (V c ) of the chamber 40 capable of stably maintaining the pressure required for the hydrothermal synthesis is the mass (m) of the dispersion liquid and the specific volume of saturated steam corresponding to the set process temperature (v g ) It should be less than the product of liver.

상기 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기의 비체적(vg)은 투입되는 용매의 종류에 따라 본 발명인 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치의 데이터베이스에 저장되어 있거나, 상기 데이터베이스가 내장된 시스템과 결합하여 연동될 수 있도록 마련되는 것이 바람직하다. The specific volume (v g ) of the saturated steam corresponding to the set process temperature is stored in the database of the pipe manufacturing apparatus provided with a porous layer for heat and mass transfer according to the present invention, depending on the type of solvent to be introduced, or the database is It is desirable to be provided so as to be interlocked with the built-in system.

상기 [수학식 1]에 의해 계산된 챔버(40)의 부피변화값(Vc)에 의해 상기 챔버(40)의 벨로우즈(bellows)가 변형되어 상기 챔버(40)의 부피가 변화된다.The bellows of the chamber 40 are deformed by the volume change value V c of the chamber 40 calculated by [Equation 1], so that the volume of the chamber 40 is changed.

한편, 상기 챔버(40)에 주입되는 분산액과 상기 챔버(40)의 부피비는 상기 탈이온수(Deionized water) 160℃를 기준으로 1:307(분산액:챔버(40)) 이상인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 상기 분산액과 상기 챔버(40)의 부피비 1:307(분산액:챔버(40))의 조건은 본 발명과 같이 상기 챔버(40)의 온도만 제어하는 경우에 유효하다. 다시 말해, 상기 분산액과 상기 챔버(40)의 부피비 조건에서는 내부 압력을 고압까지 조절할 수 있는 챔버(40)에 비해 온도만 제어하는 챔버(40)를 이용하여 보다 저렴한 비용으로도 용이하게 수열합성을 진행할 수 있도록 제안된 조건이다. 상기 부피비 범위에서는 주어진 온도 조건에서 상기 분산액 내 용매(탈이온수)가 포화 증기-액 혼합물 상태가 되면서 압력이 상기 용매(탈이온수)의 포화 압력까지 증가하고 유지되어 안정적인 반응이 이뤄지도록 한다. On the other hand, the volume ratio of the dispersion liquid injected into the chamber 40 and the chamber 40 is preferably 1:307 (dispersion: chamber 40) or more based on 160° C. of the deionized water. More specifically, the condition of the volume ratio of the dispersion to the chamber 40 is 1:307 (dispersion: chamber 40) is effective when only the temperature of the chamber 40 is controlled as in the present invention. In other words, under the condition of the volume ratio between the dispersion and the chamber 40, hydrothermal synthesis is easily performed at a lower cost by using the chamber 40 that only controls the temperature compared to the chamber 40 that can control the internal pressure to high pressure. It is a suggested condition to proceed. In the volume ratio range, as the solvent (deionized water) in the dispersion becomes a saturated vapor-liquid mixture under a given temperature condition, the pressure increases and maintains up to the saturation pressure of the solvent (deionized water) to achieve a stable reaction.

반면, 상기 조건의 부피비보다 더 적게 상기 분산액을 넣게 되면 주어진 온도 조건에서 상기 분산액 내 용매(탈이온수)가 과열 증기 상태가 되어 필요한 만큼의 고압에 도달하지 못하게 된다. On the other hand, if the dispersion is put in less than the volume ratio of the above conditions, the solvent (deionized water) in the dispersion becomes superheated vapor under a given temperature condition, and thus it is impossible to reach a high pressure as needed.

다음으로, 제5단계(S50)는 상기 부피산출부에 의해 산출된 상기 챔버(40)의 부피변화값을 이용하여 부피조절부가 선형구동기(60)의 크기를 조절하면, 상기 선형구동기(60)에 의해 상기 챔버(40)의 벨로우즈구조가 변형되어 상기 챔버(40)의 부피를 조절한다. Next, in the fifth step (S50), when the volume control unit adjusts the size of the linear actuator 60 using the volume change value of the chamber 40 calculated by the volume calculation unit, the linear actuator 60 As a result, the bellows structure of the chamber 40 is modified to adjust the volume of the chamber 40.

보다 구체적으로, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 챔버(40)의 부피 조절을 위해 벨로우즈(bellows) 구조를 상기 챔버(40)에 적용하고 상단에 상기 주입구(71) 및 밀폐부(70)가 마련되고, 상기 밀폐부(70)에 연결되어 선형적으로 이동하며 상기 챔버(40) 부피를 조절하도록 선형구동기(60)가 마련된다. 또한, 상기 선형구동기(60)는 선형 모터 장치와 연결되어 있어 상기 선형구동기(60)에 동력을 제공한다. More specifically, as shown in FIG. 1, a bellows structure is applied to the chamber 40 to control the volume of the chamber 40, and the injection port 71 and the sealing portion 70 are provided at the top. And, a linear actuator 60 is provided to be connected to the sealing part 70 to move linearly and to adjust the volume of the chamber 40. In addition, the linear actuator 60 is connected to a linear motor device to provide power to the linear actuator 60.

다음으로, 제6단계(S60)는 상기 챔버(40) 외부에 마련된 히터(51) 및 단열재(50)를 이용하여 상기 분산액을 수열반응하여 다공성층(30)을 합성한다. Next, in the sixth step (S60), the porous layer 30 is synthesized by hydrothermal reaction of the dispersion using the heater 51 and the heat insulating material 50 provided outside the chamber 40.

다음으로, 제7단계(S70)는 상기 밀폐부(70)를 제거한 뒤 상기 주형(20)을 제거하여 상기 다공성층(30)을 세척한다. Next, in the seventh step (S70), the porous layer 30 is washed by removing the mold 20 after removing the sealing part 70.

도 5는 상기 챔버(40) 내에 결합된 상기 관(10)과 주형(20)을 보다 구체적으로 나타내었다. 도 5(a)와 (b)에서 상기 관(10)과 주형(20)을 각각 준비하고, 도 5(c)에서 상기 챔버(40) 내에 상기 주형(20)과 결합한 관(10)을 상기 관삽입부(11)에 결합한다. 도 5(d)에서 상기 관(10)과 주형(20) 사이의 이격된 공간에 상기 분산액을 주입한다. 도 5(e)는 상기 제7단계(S70)에서 상기 주형(20)을 제거하여 상기 관(10)에 결합된 상기 다공성층(30)을 나타내었다. 5 shows the tube 10 and the mold 20 coupled in the chamber 40 in more detail. In Fig. 5(a) and (b), the tube 10 and the mold 20 are prepared, respectively, and in Fig. 5(c), the tube 10 combined with the mold 20 in the chamber 40 is described above. It is coupled to the tube insertion part (11). In Fig. 5(d), the dispersion is injected into the spaced space between the tube 10 and the mold 20. 5(e) shows the porous layer 30 bonded to the tube 10 by removing the mold 20 in the seventh step S70.

상기 다공성층(30)의 세척은 탈이온수(Deionized water)에 넣어 상기 수산화칼륨(KOH)를 제거한다. Washing of the porous layer 30 removes the potassium hydroxide (KOH) by putting it in deionized water.

다음으로, 제8단계(S80)는 상기 제7단계(S70)에서 상기 다공성층(30)의 세척 후 탈이온수(Deionized water)에 흡착제를 녹여 상기 다공성층(30) 표면에 함침시킨다. Next, in the eighth step (S80), after washing the porous layer 30 in the seventh step (S70), an adsorbent is dissolved in deionized water, and the surface of the porous layer 30 is impregnated.

보다 구체적으로, 상기 제7단계(S70)에서 상기 다공성층(30)의 세척 후 상기 탈이온수(Deionized water)에 염화암모늄과 같은 흡착제를 녹여 상기 다공성층(30)에 함침한다. More specifically, after washing the porous layer 30 in the seventh step (S70), an adsorbent such as ammonium chloride is dissolved in the deionized water, and the porous layer 30 is impregnated.

다음으로, 제9단계(S90)는 상기 함침된 다공성층(30)을 건조하여 상기 다공성층(30)에 상기 흡착제를 결합한다. Next, in the ninth step (S90), the impregnated porous layer 30 is dried and the adsorbent is bonded to the porous layer 30.

보다 구체적으로, 상기 제9단계(S90)는 세척 및 함침이 끝난 상기 다공성층(30)을 동결건조하여 상기 관(10)을 중심으로 표면에 상기 흡착제가 결합된 상기 다공성층(30)을 획득한다. 또한, 상기 동결건조 대신 오븐건조를 실시하는 경우 동결건조와 비교할 때 부피가 약 50% 수축되므로 사용자에 의해 선택적으로 실시될 수 있다. More specifically, in the ninth step (S90), the porous layer 30 after washing and impregnation is lyophilized to obtain the porous layer 30 in which the adsorbent is bonded to the surface around the tube 10 do. In addition, when oven drying is performed instead of the freeze drying, the volume is reduced by about 50% compared to the freeze drying, so it may be selectively performed by the user.

아래는 본 발명인 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법의 실시예를 나타내었다. The following shows an example of a tube manufacturing method using the apparatus for manufacturing a porous layer for heat and mass transfer according to the present invention.

1. 에어로겔(aerogel) 30mL을 기준으로 합성을 진행할 때, PVP(polyvinyl pyrrolidone) 0.1g + GNP(Graphene nanoplate) 2.5g + Di water 50 mL를 100mL 비커에 넣고 초음파 처리기(ultra sonication)로 30분 동안 분산하여 GNP혼합액을 제조한다. 1.When synthesizing based on 30 mL of aerogel, 0.1 g of polyvinyl pyrrolidone (PVP) + 2.5 g of GNP (Graphene nanoplate) + 50 mL of Di water were placed in a 100 mL beaker and used for 30 minutes with an ultra sonication Disperse to prepare a GNP mixture.

2. 수산화칼륨(KOH) 0.7407g + GO(Graphene oxide) 용액(10g/L) 50mL를 100mL 비커에 넣은 후 1번에서 분산시킨 GNP용액과 혼합시켜 GO/GNP 혼합 용액을 제조한다. 상기 GO/GNP 혼합 용액을 균질기(homogenizer)를 이용하여 1시간 동안 4,000rpm으로 분산시켜 분산액을 제조한다. 이때 합성에 있어서 가장 중요한 부분으로 상기 GO/GNP의 질량비가 1/10 보다 낮아야 합성이 가능하다. 2. Put 0.7407 g of potassium hydroxide (KOH) + 50 mL of GO (Graphene oxide) solution (10 g/L) into a 100 mL beaker and mix it with the GNP solution dispersed in step 1 to prepare a GO/GNP mixed solution. The GO/GNP mixed solution is dispersed at 4,000 rpm for 1 hour using a homogenizer to prepare a dispersion. At this time, as the most important part in the synthesis, synthesis is possible only when the mass ratio of the GO/GNP is lower than 1/10.

3. 주형(20) 구조를 주형(20) 바닥 틈에 맞춰 관(10)과 결합 후 GO(Graphene oxide) 용액과 GNP가 분산된 용액을 주형(20) 구조와 관(10) 외벽 사이에 넣고 온도 160℃ 압력 618.23kPa에 3시간동안 합성한다. 이때 안정적인 압력 조건에서 수열 합성을 진행하기 위해 용액과 챔버(40)의 부피 비는 약 1/307 이상이 되어야 한다. 3. After combining the structure of the mold (20) with the tube (10) to fit the gap at the bottom of the mold (20), put the solution in which the GO (Graphene oxide) solution and GNP are dispersed between the structure of the mold (20) and the outer wall of the tube (10) Synthesis was performed at a temperature of 160°C and a pressure of 618.23 kPa for 3 hours. At this time, in order to proceed with hydrothermal synthesis under stable pressure conditions, the volume ratio of the solution and the chamber 40 should be about 1/307 or more.

4. 3시간 동안 합성한 후 주형(20) 구조를 제거하면 관(10) 주변에 하이드로겔(hydrogel)이 합성된다. 이렇게 형성된 하이드로겔(hydrogel)을 3일 동안 탈이온수(Deionized water)에 넣어 수산화칼륨(KOH)을 제거한다. 세척이 끝난 후 탈이온수(Deionized water)에 흡착제를 녹여 하이드로겔(hydrogel) 표면에 함침 시킨다.4. When the structure of the mold 20 is removed after synthesizing for 3 hours, a hydrogel is synthesized around the tube 10. The thus formed hydrogel is put in deionized water for 3 days to remove potassium hydroxide (KOH). After washing, dissolve the adsorbent in deionized water and impregnate it on the hydrogel surface.

5. 세척 및 함침이 끝난 하이드로겔(hydrogel)은 동결 건조를 -80℃로 3일 동안 건조하면 표면에 흡착 소재가 붙은 에어로겔(aerogel)이 관(10) 외부를 감싸는 구조를 획득한다.5. When the hydrogel after washing and impregnation is freeze-dried at -80°C for 3 days, an aerogel with adsorption material attached to the surface acquires a structure surrounding the outside of the tube 10.

6. 오븐 건조의 경우 120℃ , 12시간 동안 진행하여 동결건조와 비교해보면 부피가 약 50% 수축하게 된다.6. In the case of oven drying, the volume is reduced by about 50% compared to the freeze drying at 120℃ for 12 hours.

아래는 상기 분산액에서 상기 GO(Graphene oxide)용액과 상기 분산된 GNP혼합액의 혼합조건에 따른 실시예를 나타내었다. The following shows examples according to the mixing conditions of the GO (Graphene oxide) solution and the dispersed GNP mixture in the dispersion.

[비교예 1][Comparative Example 1]

상기 GNP혼합액을 초음파 처리기(ultra sonication)로 최대 파워의 50%로 처리하고, 상기 GO(Graphene oxide)용액과 상기 분산된 GNP혼합액을 균질기(homogenizer)를 이용하여 30분 동안 8,000rpm으로 분산시켜 분산액을 제조하되, 상기 GO(Graphene oxide)용액 1 중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10 중량부를 혼합하여 제조한다. The GNP mixture was treated with 50% of the maximum power with an ultra sonication, and the GO (Graphene oxide) solution and the dispersed GNP mixture were dispersed at 8,000 rpm for 30 minutes using a homogenizer. A dispersion is prepared, but prepared by mixing 10 parts by weight of the GNP mixture based on 1 part by weight of the GO (Graphene Oxide) solution.

이후, 상기 GO(Graphene oxide) 용액과 GNP가 분산된 용액을 온도 160℃ 압력 618.23kPa에 3시간 동안 수열 반응 후 건조한다. Thereafter, the solution in which the GO (Graphene oxide) solution and GNP are dispersed is subjected to hydrothermal reaction at a temperature of 160° C. and a pressure of 618.23 kPa for 3 hours, and then dried.

[비교예 2][Comparative Example 2]

상기 GNP혼합액을 초음파 처리기(ultra sonication)로 최대 파워의 70%로 처리하고, 상기 GO(Graphene oxide)용액과 상기 분산된 GNP혼합액을 균질기(homogenizer)를 이용하여 30분 동안 8,000rpm으로 분산시켜 분산액을 제조하되, 상기 GO(Graphene oxide)용액 1 중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10 중량부를 혼합하여 제조한다. The GNP mixture was treated with 70% of the maximum power with an ultra sonication, and the GO (Graphene oxide) solution and the dispersed GNP mixture were dispersed at 8,000 rpm for 30 minutes using a homogenizer. A dispersion is prepared, but prepared by mixing 10 parts by weight of the GNP mixture with respect to 1 part by weight of the GO (Graphene Oxide) solution.

이후, 상기 GO(Graphene oxide) 용액과 GNP가 분산된 용액을 온도 160℃ 압력 618.23kPa에 3시간 동안 수열 반응 후 건조한다. Thereafter, the solution in which the GO (Graphene oxide) solution and GNP are dispersed is subjected to hydrothermal reaction at a temperature of 160° C. and a pressure of 618.23 kPa for 3 hours, and then dried.

[실시예][Example]

상기 GNP혼합액을 초음파 처리기(ultra sonication)로 처리하고, 상기 GO(Graphene oxide)용액과 상기 분산된 GNP혼합액을 균질기(homogenizer)를 이용하여 1시간 동안 4,000rpm으로 분산시켜 분산액을 제조하되, 상기 GO(Graphene oxide)용액 1 중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 5 중량부를 혼합하여 제조한다. The GNP mixture was treated with an ultra sonication, and the GO (Graphene oxide) solution and the dispersed GNP mixture were dispersed at 4,000 rpm for 1 hour using a homogenizer to prepare a dispersion, the It is prepared by mixing 5 parts by weight of the GNP mixture based on 1 part by weight of a GO (Graphene Oxide) solution.

이후, 상기 GO(Graphene oxide) 용액과 GNP가 분산된 용액을 온도 160℃ 압력 618.23kPa에 3시간동안 수열 반응 후 건조한다. Thereafter, the solution in which the GO (Graphene oxide) solution and GNP are dispersed is subjected to hydrothermal reaction at a temperature of 160° C. and a pressure of 618.23 kPa for 3 hours, followed by drying.

앞서 [비교예] 및 [실시예]에서 실험한 결과는 [도 6] 내지 [도 8]에 나타내었다. The results of the experiments in [Comparative Example] and [Example] above are shown in [Figs. 6] to [Fig. 8].

[비교예 1] 및 [비교예 2]는 상기 GO(Graphene oxide)용액 1 중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10 중량부를 혼합하되, 상기 초음파 처리기(ultra sonication)를 달리하여 실험하였다. [도 6] 및 [도 7]에 나타난 바와 같이, 건조 후 합성된 다공성층이 파우더 형태로 생성된 것을 확인할 수 있다. [Comparative Example 1] and [Comparative Example 2] were tested by mixing 10 parts by weight of the GNP mixture with respect to 1 part by weight of the GO (Graphene Oxide) solution, and differently using the ultrasonic treatment unit (ultra sonication). As shown in [Fig. 6] and [Fig. 7], it can be seen that the porous layer synthesized after drying is formed in the form of a powder.

[실시예]는 [비교예 1]과 달리, 상기 GO(Graphene oxide)용액 1 중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 5 중량부를 혼합하였다. [비교예]의 조건인 상기 GO(Graphene oxide)용액 1 중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10 중량부일 때와는 달리 [실시예]에 의한 다공성층은 에어로겔 형태가 유지되어 있는 것으로 확인되었다. [Example], unlike [Comparative Example 1], 5 parts by weight of the GNP mixture was mixed with respect to 1 part by weight of the GO (Graphene oxide) solution. Unlike the case of 10 parts by weight of the GNP mixture based on 1 part by weight of the GO (Graphene Oxide) solution, which is the condition of [Comparative Example], it was confirmed that the porous layer according to the [Example] maintained the airgel form.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 높은 열전도도를 통해 다공성층(30) 표면과 관(10) 내 유체간의 열전달을 원활하게 하고, 큰 비표면적을 통해 물질 전달 또한 극대화 할 수 있는 초경량 다공성층(30)을 용액 공정으로 용이하게 관(10) 벽에 형성할 수 있다. By means of solving the above problems, the present invention facilitates heat transfer between the surface of the porous layer 30 and the fluid in the tube 10 through high thermal conductivity, and ultra-light porosity capable of maximizing material transfer through a large specific surface area. The layer 30 can be easily formed on the wall of the tube 10 by a solution process.

또한, 본 발명은 열교환기 및 반응기에 있어 핵심적인 열전달이 가능하여 초경량 및 유연한 설계 등이 요구되는 분야에 사용할 수 있다. In addition, the present invention can be used in fields requiring ultra-lightweight and flexible design, since it is possible to transfer heat as a core heat exchanger and reactor.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be appreciated that the above-described technical configuration of the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention by those skilled in the art.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative and non-limiting in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and the All changes or modifications derived from the equivalent concept should be construed as being included in the scope of the present invention.

10. 관
11. 관삽입부
20. 주형
30. 다공성층
40. 챔버
50. 단열재
51. 히터
60. 선형구동기
70. 밀폐부
71. 주입구
S10. 관(10)과 주형(20)을 결합
S20. 분산액 주입 후 챔버(40) 밀폐
S21. GNP 혼합액 제조
S22. 분산액 제조
S30. 분산액의 질량변화값 감지
S40. 챔버(40) 부피변화값 산출
S50. 챔버(40) 부피 조절
S60. 다공성층(30) 합성
S70. 다공성층(30) 세척
S80. 흡착제 함침
S90. 다공성층(30) 건조
10. Coffin
11. Pipe insert
20. Mold
30. Porous layer
40. Chamber
50. Insulation
51. Heater
60. Linear actuator
70. Seal
71. Inlet
S10. Combining the tube (10) and the mold (20)
S20. Sealing the chamber 40 after injecting the dispersion
S21. Preparation of GNP mixed solution
S22. Dispersion preparation
S30. Detecting the mass change value of the dispersion
S40. Chamber 40 volume change value calculation
S50. Chamber 40 volume control
S60. Synthesis of the porous layer 30
S70. Washing the porous layer 30
S80. Sorbent impregnation
S90. Drying the porous layer 30

Claims (13)

벨로우즈(bellows) 구조로 마련되어 내부 부피가 가변되는 챔버(40);
상기 챔버(40)의 상단에 마련되며, 상기 챔버(40) 내부에 끼움 결합되는 관(10)과 주형(20)이 삽입되고, 상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 주입되는 분산액을 삽입하는 주입구(71);
상기 분산액을 수열 반응을 통해 다공성층(30)으로 합성 시 상기 주입구(71)를 밀폐하는 밀폐부(70);
상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 분산액의 주입 시 질량변화를 측정하거나 질량변화값을 입력하도록 마련된 질량측정부;
상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 질량측정부에 의해 측정되거나 입력된 질량변화값을 이용하여 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출하는 부피산출부;
상기 부피산출부에 의해 산출된 부피변화값에 따라 상기 챔버(40)의 부피 증감을 유도하는 선형구동기(60);
상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 온도를 증감시키는 히터(51);
상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 적정 온도를 유지하는 단열재(50);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치.
A chamber 40 provided in a bellows structure and having a variable internal volume;
A dispersion liquid provided at the upper end of the chamber 40 and inserted into the space between the tube 10 and the mold 20 into which the tube 10 and the mold 20 are inserted into the chamber 40 Inlet 71 for inserting;
A sealing portion 70 for sealing the injection port 71 when the dispersion is synthesized into the porous layer 30 through a hydrothermal reaction;
A mass measuring unit provided on one side of the chamber 40 and configured to measure a mass change or input a mass change value when the dispersion is injected;
A volume calculation unit provided on one side of the chamber 40 and calculating a volume change value of the chamber 40 required for hydrothermal reaction of the dispersion liquid by using a mass change value measured or input by the mass measurement unit;
A linear actuator 60 for inducing an increase or decrease in the volume of the chamber 40 according to the volume change value calculated by the volume calculation unit;
A heater 51 provided to surround the outside of the chamber 40 to increase or decrease a temperature required for the hydrothermal reaction;
An insulating material 50 provided to surround the outside of the chamber 40 to maintain an appropriate temperature required for the hydrothermal reaction;
Tube manufacturing apparatus provided with a porous layer for heat and mass transfer, characterized in that it comprises a.
제1항에 있어서,
상기 챔버(40) 내부 일측에 마련되어 상기 챔버(40)에 삽입되는 관(10)을 고정하는 관삽입부(11);가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치.
The method of claim 1,
A tube insertion part 11 provided on one side inside the chamber 40 to fix the tube 10 inserted into the chamber 40; provided with a porous layer for heat and mass transfer, characterized in that further provided Tube making device.
제1항에 있어서,
상기 부피산출부는 [수학식 1]에 의해 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치 :
[수학식 1]
Figure 112020058574432-pat00003

(여기서, Vc는 챔버(40)의 부피값, m는 주입되는 분산액의 질량, vg는 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기 비체적).
The method of claim 1,
The volume calculation unit is a tube manufacturing apparatus provided with a porous layer for heat and mass transfer, characterized in that calculating the volume change value of the chamber 40 by [Equation 1]:
[Equation 1]
Figure 112020058574432-pat00003

(Where, V c is the volume value of the chamber 40, m is the mass of the injected dispersion, and v g is the specific volume of saturated vapor corresponding to the set process temperature).
제1항에 있어서,
상기 분산액은,
PVP(Polyvinyl pyrrolidone), GNP(Graphene nanoplate) 및 탈이온수(Deionized water)를 혼합한 GNP혼합액에, 수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 GNP혼합액과 혼합한 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치.
The method of claim 1,
The dispersion,
It is characterized in that a mixture of potassium hydroxide (KOH) and GO (Graphene oxide) solution in a GNP mixture of PVP (Polyvinyl pyrrolidone), GNP (Graphene nanoplate) and deionized water is mixed with the GNP mixture Tube manufacturing device provided with a porous layer for transferring heat and mass.
제4항에 있어서,
상기 GO용액 1중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10중량부 미만으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치.
The method of claim 4,
Tube manufacturing apparatus provided with a porous layer for heat and mass transfer, characterized in that mixing less than 10 parts by weight of the GNP mixture with respect to 1 part by weight of the GO solution.
제1항에 있어서,
상기 분산액은,
탄소 나노튜브, 질화붕소 나노튜브 및 질화붕소 나노시트 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치.
The method of claim 1,
The dispersion,
A tube manufacturing apparatus provided with a porous layer for heat and mass transfer, comprising at least one of carbon nanotubes, boron nitride nanotubes, and boron nitride nanosheets.
관(10)과 주형(20)을 결합한 후, 챔버(40) 내에 마련된 관삽입부(11)에 상기 주형(20)에 결합된 관(10)을 결합하는 제1단계;
상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 분산액을 주입 후, 밀폐부(70)를 상기 챔버(40)와 결합하여 상기 챔버(40)를 밀폐하는 제2단계;
상기 챔버(40) 일측에 마련된 질량측정부가 상기 주입된 분산액의 질량변화를 감지하거나 사용자에 의해 상기 주입된 분산액의 질량변화값을 입력하는 제3단계;
상기 제3단계에서 감지되거나 입력된 질량변화값을 이용하여 상기 챔버(40) 일측에 마련된 부피산출부가 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출하는 제4단계;
상기 부피산출부에 의해 산출된 상기 챔버(40)의 부피변화값을 이용하여 부피조절부가 선형구동기(60)의 크기를 조절하면, 상기 선형구동기(60)에 의해 상기 챔버(40)의 벨로우즈구조가 변형되어 상기 챔버(40)의 부피를 조절하는 제5단계;
상기 챔버(40) 외부에 마련된 히터(51) 및 단열재(50)를 이용하여 상기 분산액을 수열반응하여 다공성층(30)을 합성하는 제6단계;
상기 밀폐부(70)를 제거한 뒤 상기 주형(20)을 제거하여 상기 다공성층(30)을 세척하는 제7단계;
에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법.
After coupling the tube 10 and the mold 20, a first step of coupling the tube 10 coupled to the mold 20 to the tube insertion portion 11 provided in the chamber 40;
A second step of injecting a dispersion liquid into the space between the tube 10 and the mold 20, and then sealing the chamber 40 by combining the sealing portion 70 with the chamber 40;
A third step of sensing a mass change of the injected dispersion by a mass measurement unit provided at one side of the chamber 40 or inputting a mass change value of the injected dispersion by a user;
A fourth step of calculating a volume change value of the chamber 40 required for hydrothermal reaction of the dispersion liquid by a volume calculation unit provided at one side of the chamber 40 using the mass change value detected or input in the third step;
When the volume control unit adjusts the size of the linear actuator 60 using the volume change value of the chamber 40 calculated by the volume calculation unit, the bellows structure of the chamber 40 by the linear actuator 60 A fifth step of adjusting the volume of the chamber 40 by being deformed;
A sixth step of synthesizing the porous layer 30 by hydrothermal reaction of the dispersion using the heater 51 and the heat insulating material 50 provided outside the chamber 40;
A seventh step of cleaning the porous layer 30 by removing the mold 20 after removing the sealing part 70;
Tube manufacturing method using a porous layer manufacturing apparatus for heat and mass transfer, characterized in that manufactured by.
제7항에 있어서,
상기 부피산출부는 [수학식 1]에 의해 상기 챔버(40)의 적정부피값을 산출하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법 :
[수학식 1]
Figure 112020058574432-pat00004

(여기서, Vc는 챔버(40)의 부피값, m는 주입되는 분산액의 질량, vg는 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기 비체적).
The method of claim 7,
Tube manufacturing method using a porous layer manufacturing apparatus for heat and mass transfer, characterized in that the volume calculation unit calculates an appropriate volume value of the chamber 40 by [Equation 1]:
[Equation 1]
Figure 112020058574432-pat00004

(Where, V c is the volume value of the chamber 40, m is the mass of the injected dispersion, and v g is the specific volume of saturated vapor corresponding to the set process temperature).
제7항에 있어서,
상기 분산액은,
GNP(Graphene nanoplate) 및 탈이온수(Deionized water)를 혼합한 GNP혼합액에, 수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 GNP혼합액과 혼합하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법.
The method of claim 7,
The dispersion,
Heat and mass transfer, characterized in that the mixture of GNP (Graphene nanoplate) and deionized water is mixed with potassium hydroxide (KOH) and GO (Graphene oxide) solution, and then mixed with the GNP mixture. Pipe fabrication method using a porous layer fabrication device for.
제7항에 있어서,
상기 분산액은,
PVP(Polyvinyl pyrrolidone), GNP(Graphene nanoplate) 및 탈이온수(Deionized water)를 혼합하여 초음파 처리기(ultra sonication)로 분산하여 GNP혼합액을 제조하는 제2-1단계;
수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 분산하여 제조된 GNP혼합액과 혼합한 후 균질기(homogenizer)로 분산시켜 분산액을 제조하는 제2-2단계;
에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법.
The method of claim 7,
The dispersion,
A 2-1 step of preparing a GNP mixture by mixing polyvinyl pyrrolidone (PVP), graphene nanoplate (GNP), and deionized water and dispersing it with an ultra sonication;
A second step of preparing a dispersion by mixing potassium hydroxide (KOH) and GO (Graphene oxide) solution, mixing with the GNP mixture prepared by dispersing, and dispersing with a homogenizer;
Tube manufacturing method using a porous layer manufacturing apparatus for heat and mass transfer, characterized in that manufactured by.
제7항에 있어서,
상기 제7단계에서 상기 다공성층(30)의 세척 후,
탈이온수(Deionized water)에 흡착제를 녹여 상기 다공성층(30) 표면에 함침시키는 제8단계; 및
상기 함침된 다공성층(30)을 건조하여 상기 다공성층(30)에 상기 흡착제를 결합시키는 제9단계;에 의해 제조하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법.
The method of claim 7,
After washing the porous layer 30 in the seventh step,
An eighth step of dissolving an adsorbent in deionized water and impregnating the surface of the porous layer 30; And
A method for manufacturing a tube using a porous layer manufacturing apparatus for heat and mass transfer, characterized in that produced by a ninth step of drying the impregnated porous layer 30 and bonding the adsorbent to the porous layer 30 .
제7항에 있어서,
상기 제2단계에서 상기 분산액은,
상기 GO(Graphene oxide)용액 1중량부에 대하여 상기 분산된 GNP혼합액 10중량부 미만인 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법.
The method of claim 7,
In the second step, the dispersion,
Tube manufacturing method using a porous layer manufacturing apparatus for heat and mass transfer, characterized in that less than 10 parts by weight of the dispersed GNP mixture per 1 part by weight of the GO (Graphene Oxide) solution.
제7항에 있어서,
상기 분산액은,
탄소 나노튜브, 질화붕소 나노튜브 및 질화붕소 나노시트 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법.
The method of claim 7,
The dispersion,
A method for manufacturing a tube using a porous layer manufacturing apparatus for heat and mass transfer, comprising at least one of carbon nanotubes, boron nitride nanotubes, and boron nitride nanosheets.
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